油氣潤(rùn)滑技術(shù)在有色行業(yè)的應(yīng)用
2005-02-28
隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)朝著高速、重載、高效方向的發(fā)展，油杯、噴油潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑等傳統(tǒng)的潤(rùn)滑方式已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要，油氣潤(rùn)滑作為一種新型高效的潤(rùn)滑技術(shù)脫穎而出，并在其愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用中顯示出無(wú)比的優(yōu)越性。油氣是一種“氣液兩相流”，所謂“相”，就是指在異質(zhì)系統(tǒng)中存在分界面的獨(dú)立物質(zhì)，自然界中常見的物質(zhì)有固、液和氣三相，即固相、液相和氣相。油氣潤(rùn)滑就是將單相流體油和單相流體壓縮空氣混和后形成兩相油氣混合流，并利用這種“氣液兩相流”對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域進(jìn)行潤(rùn)滑與冷卻的一種潤(rùn)滑方式。 一、油氣潤(rùn)滑技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 1、提高軸承承載能力從潤(rùn)滑的意義來(lái)說(shuō)，粘度是潤(rùn)滑劑Z重要的物理性能，它直接影響著在潤(rùn)滑表面所形成油膜的厚度。在重載軸承中，一般都會(huì)選擇具有較高運(yùn)動(dòng)粘度的潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑。 油氣潤(rùn)滑對(duì)潤(rùn)滑油粘度的適應(yīng)范圍很廣，可以從0.02×10－3mm2／s到0.75×10－3mm2／s。而以前常用的油霧潤(rùn)滑方式，僅適應(yīng)于較低粘度（0.02×10－3mm2／s以下）的潤(rùn)滑油。 對(duì)于另一種常用的潤(rùn)滑方式油脂潤(rùn)滑，也許很多人會(huì)由于表象而產(chǎn)生誤解，以為油脂是粘度非常高的一種潤(rùn)滑油。其實(shí)，油脂是由基礎(chǔ)油、添加劑以及增稠劑或皂基所組成的固體或半固體之稠狀潤(rùn)滑劑。油脂潤(rùn)滑是依靠油脂中所含潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性，而增稠劑或皂基則可視為海綿，其作用是將潤(rùn)滑油吸附住，以利于潤(rùn)滑油來(lái)潤(rùn)滑，并有時(shí)起增進(jìn)潤(rùn)滑性的作用。而油脂中潤(rùn)滑油的粘度，其實(shí)大多低于0.15×10－3mm2／s。 另一方面，我國(guó)較早進(jìn)行氣液兩相流體冷卻潤(rùn)滑技術(shù)研究的哈爾濱工程大學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為，在氣液兩相流中，液體與氣體牢固地形成了氣液“兩相膜”。而氣液“兩相膜”與單相液體膜相比，其粘度又大大提高。 2、提高軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)速度油氣潤(rùn)滑可以將合適品種的潤(rùn)滑油與經(jīng)過(guò)過(guò)濾的壓縮空氣所組成的“氣液兩相流”以較高的速度噴射到潤(rùn)滑區(qū)，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承摩擦面能有效形成具有一定承載能力的氣液“兩相膜”，氣液“兩相膜”的形成兼有流體動(dòng)壓和流體靜壓的雙重作用。因此，使摩擦表面始終處在良好的工作狀態(tài)下，這一點(diǎn)是僅靠流體動(dòng)壓形成的單相“流體膜”所無(wú)法比擬的。由于油氣潤(rùn)滑的氣液兩相混合流體中含有大量氣體和少量的潤(rùn)滑油，因此在高速工作條件下，溫升較低。又由于“氣液兩相流”能夠及時(shí)帶走大量的熱量，所以它還具有良好的冷卻降溫作用。 軸承制造商SKF公司的實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)對(duì)軸承進(jìn)行合適的油氣潤(rùn)滑，在不改變?nèi)魏螜C(jī)械構(gòu)造的情況下，單列圓柱滾動(dòng)軸承能大大提高其極限轉(zhuǎn)速。目前公開報(bào)道的是ndm值可達(dá)到2000000（ndm＝軸承轉(zhuǎn)速（r／min）×軸承直徑（mm））。 因此，采用氣液兩相流體的油氣潤(rùn)滑，比以往任何潤(rùn)滑方式具有更加寬廣的速度適應(yīng)范圍。 3、提高軸承對(duì)惡劣工作環(huán)境的適應(yīng)能力 對(duì)于油氣潤(rùn)滑來(lái)說(shuō)，潤(rùn)滑區(qū)充滿壓縮空氣，形成正壓（0.02～0.08MPa，根據(jù)密封性能而有所不同），可以很好地防止灰塵、水、污物等的浸入，起到“密封”的作用，大大減少了軸承由于外界污染而造成的損壞，因此特別適合應(yīng)用于苛刻的工況條件，軸承的工作可靠性得到顯著提高。 4、提高軸承的使用壽命軸承采用油氣潤(rùn)滑，相對(duì)于采用其他潤(rùn)滑方式，油膜破裂形成干摩擦的幾率降低，工作時(shí)軸承溫升降低，由于外界環(huán)境污染造成的意外損壞幾度降低。普遍情況下軸承壽命大幅提高，平均使用期限可以提高3～6倍。 5、極大地降低潤(rùn)滑劑的消耗理論上，油氣潤(rùn)滑中的潤(rùn)滑劑100％被利用，它僅僅用于形成油膜。 但需要說(shuō)明的是，在潤(rùn)滑劑工作的過(guò)程中，漸漸地會(huì)有物理性能及化學(xué)性能的改變，形成所謂的“油渣”，因此，需要有新的潤(rùn)滑劑補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，而老的潤(rùn)滑劑在被利用完后，并不會(huì)消失，它會(huì)從軸承間隙或者專門設(shè)計(jì)的收集孔中排出。 軸承制造商SKF公司提供的Z低耗油量公式（經(jīng)驗(yàn)公式）為： Q＝C×D×B式中Q－單個(gè)軸所需要的潤(rùn)滑油量，ml／h； C－系數(shù)，對(duì)于油氣潤(rùn)滑，C＝0.00003～0.00005；對(duì)于油霧潤(rùn)滑，C＝0.0005；對(duì)于油脂潤(rùn)滑，C＝0.003； D－軸承外徑，mm；B－軸承列寬，mm。根據(jù)上述公式可以看出，油氣潤(rùn)滑是油霧潤(rùn)滑用量的1／10，是油脂潤(rùn)滑用量的約1／100，故可以極大地降低潤(rùn)滑劑的消耗，還可減少由于潤(rùn)滑所帶來(lái)的環(huán)境污染。 二、油氣潤(rùn)滑在有色行業(yè)的應(yīng)用 在有色金屬行業(yè)的各種軋機(jī)上安裝的工作輥、中間輥和支承輥，其軸承座的特點(diǎn)是負(fù)荷較大，以往這些部位均采用油霧潤(rùn)滑。隨著軋制裝備的發(fā)展，油霧潤(rùn)滑越來(lái)越不能勝任。 1、由于現(xiàn)在的軋制速度越來(lái)越快，相應(yīng)地對(duì)軸承潤(rùn)滑的要求也越來(lái)越高，油霧潤(rùn)滑逐漸顯示出對(duì)高速軸承潤(rùn)滑的不勝任。 2、由于軸承腔內(nèi)的正壓過(guò)?。s0.02MPa），不足以抵擋工藝軋制油侵入軸承座內(nèi)部并危害軸承。 3、隨著對(duì)產(chǎn)品表面要求的不斷提高，油霧潤(rùn)滑產(chǎn)生的大量霧狀油粒不斷污染產(chǎn)品也越來(lái)越不能被用戶所容忍。 另采用油霧潤(rùn)滑時(shí)消耗掉的油中很大一部分變?yōu)閷?duì)人體有害的極微小的霧狀油粒進(jìn)入周圍的空氣中，成為健康的無(wú)形殺手。 由于上述因素，使得油霧潤(rùn)滑不能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要，因而油氣潤(rùn)滑技術(shù)便得以迅速在有色行業(yè)中推廣應(yīng)用。 三、油氣潤(rùn)滑實(shí)際效果的驗(yàn)證 根據(jù)以往的常識(shí)，油氣潤(rùn)滑供送的極少量油量似不足以起到良好的潤(rùn)滑作用，人們總是習(xí)慣上認(rèn)為加大供油量的方法可靠，而油氣潤(rùn)滑的事實(shí)證明，這種擔(dān)心是多余的。根據(jù)油氣潤(rùn)滑供油量Q、軸承溫度T和摩擦NR三者之間的關(guān)系曲線（見圖1），供油量、軸承溫度和摩擦并不呈正比關(guān)系，當(dāng)供油量增大到一定程度時(shí)，軸承溫度呈下降趨勢(shì)，在這條溫度曲線的中部，溫度值Z高，因?yàn)榇藭r(shí)供油量還未到足以降低軸承的溫度；相反，由于多余的液體摩擦而產(chǎn)生了熱量。而隨著供油量的增大，軸承摩擦亦增大，而兩條曲線的Z低點(diǎn)恰好是供油量Z小的時(shí)候，這也是油氣潤(rùn)滑的Z佳區(qū)域。因此，油氣潤(rùn)滑用Z小的供油量卻能達(dá)到降低軸承溫度和減少軸承摩擦的良好效果。 針對(duì)這個(gè)課題，我們與上海歐騰工程技術(shù)公司的技術(shù)人員專門在云南新美鋁業(yè)的合卷機(jī)組油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)上對(duì)部分軸承進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，目的是驗(yàn)證在微量供油條件下，軸承是否處于良好的工作狀況。實(shí)驗(yàn)利用測(cè)量軸承的實(shí)際溫升數(shù)值作為軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的判斷指標(biāo)，每隔10～20min利用便攜式測(cè)溫儀對(duì)在線運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承之軸承座某個(gè)固定點(diǎn)進(jìn)行溫度記錄。被測(cè)試軸承參數(shù)為：95／145×24，實(shí)際數(shù)據(jù)采集時(shí)，其轉(zhuǎn)速為800～2000r／min。 根據(jù)軸承制造商SKF公司提供的Z低耗油量公式（Q＝C×D×B），將進(jìn)行測(cè)試的軸承參數(shù)代入耗油量公式，并取C＝0.00005，得出Z低工作油量Q＝0.174mL／h。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，得到一系列的測(cè)試數(shù)據(jù)，取平均值。（見表1） 表1數(shù)據(jù)表明，測(cè)試數(shù)據(jù)與圖1曲線吻合，即供油量達(dá)到油氣Z佳區(qū)域時(shí)，即使使用很少量的潤(rùn)滑油，也可以很好地達(dá)到降低軸承溫度和減少軸承摩擦的效果。 綜上所述，采用油氣潤(rùn)滑技術(shù)，可以減少耗油量，降低軸承溫度，延長(zhǎng)軸承壽命，同時(shí)又不會(huì)污染環(huán)境。由于具有控制簡(jiǎn)單、適用范圍廣、技術(shù)先進(jìn)等各方面的優(yōu)勢(shì)，油氣潤(rùn)滑技術(shù)會(huì)逐步被人們所了解和接受。 四、油氣潤(rùn)滑技術(shù)的Z新研究方向 隨著材料科學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型潤(rùn)滑材料—超細(xì)金屬粉。Z近，一些技術(shù)研究人員將超細(xì)金屬粉末分散加入到氣液兩相流中，形成的氣液固三相流體潤(rùn)滑劑，顯示出了更為優(yōu)越的潤(rùn)滑性能。雖然目前尚未實(shí)際推廣使用，但可以預(yù)見，氣液固三相流體潤(rùn)滑技術(shù)是氣液兩相流體潤(rùn)滑技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，有著很好的開發(fā)前景。
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